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烧不起的芯片:研发3nm费用高达50亿美元

先进工艺的半导体芯片研发投资越来越高,未来的5nm工艺芯片研发耗资需要5.4亿美元,3nm工艺就更烧钱了,工艺研发就需要40-50亿美元,晶圆厂建设需要150亿美元。

作者:孟宪瑞来源:超能网|2018-09-04 15:50

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先进工艺的半导体芯片研发投资越来越高,未来的5nm工艺芯片研发耗资需要5.4亿美元,3nm工艺就更烧钱了,工艺研发就需要40-50亿美元,晶圆厂建设需要150亿美元。

众所周知,制造出来的芯片性能越好,功耗越低,核心面积更小,成本更低——前面三个优点没什么问题,成本更低这个是针对核心面积减少,同样的晶圆下生产出来的芯片更多,这样会降低成本。

但是,芯片自身的成本只是整个芯片研发生产测试环节中的一部分,如果考虑总成本的话,先进工艺能不能降低成本就是另外一回事了,因为越先进的工艺制造难度也越高,导致从设计到生产再到封装测试都要花更多的钱,这个成本增长对芯片厂商来说更为重要,这个问题在28nm节点之后越来越严重,极大地提高了先进工艺的门槛。

在28nm节点上AMD首发了GCN架构的显卡,NVIDIA的进度比AMD要晚几个月,2012年网上曝光了一份NVIDIA的PPT资料,他们就提到了28nm工艺的种种不足,尤其是在成本上,28nm工艺带来的成本优势在减少。从这一点可以看出,业界在新工艺的成本上的担心是很多年前就在讨论的了,只不过这个问题一直没法解决,先进工艺所需要的投入成本越来越大。

在之前的IEDM会议上,AMD提到了一个例子,以制造同样250mm2的晶圆核心为例子,对比了45nm到7nm工艺的成本,45nm工艺的成本为100%基准的话,28nm工艺的成本大概是1.8,20nm节点是2.0,14/16nm节点略高于2.0,但是到了7nm节点,成本就增长到了4.0,相比现在的14/16nm工艺成本翻倍。

当然,即便成本翻倍了,AMD还是决定了押注7nm工艺,此前CTO已经如此表态了,7nm是他们的一个重大战略决策。

AMD举的例子中虽然意味着7nm工艺的晶圆核心成本翻倍,不过考虑到7nm工艺相比14/16nm工艺晶体管密度翻倍,再加上能效、性能的改进,这个结果似乎还不坏。不过上面的芯片成本依然只是部分成本,而且相对成本让人没什么感觉,那看看具体的数字吧。

在先进工艺成本上,专业的Semiengingeering网站之前刊发过一篇文章,介绍了不同工艺下开发芯片所需要的费用,其中28nm节点上开发芯片只要5130万美元投入,16nm节点需要1亿美元,7nm节点需要2.97亿美元,前两天网上传闻的麒麟980开发需要3亿美元的根源就在这里。

到了5nm节点,开发芯片的费用将达到5.42亿美元,3nm节点的数据还没有,大概是因为3nm现在还在研发初期,不好估算,但是从这个趋势来看,3nm芯片研发费用超过10亿美元也不会让人惊讶。

上述费用其实还不是全部的芯片开发费用,只是包含了芯片的IP授权、架构、验证、所用的软件工具等等费用。赛灵思在研发代号Everest的7nm工艺的FPGA芯片时提到他们费时4年,动用了1500名工程师才开发成功,项目耗资超过10亿美元。

赛灵思的FPGA芯片已经如此,想想更复杂的高端CPU、GPU芯片所需要的投资吧。此外,除了研发投入高,先进工艺的晶圆厂投资也是直线上升,SI网站援引IBS机构的数据称,3nm制程工艺的研发投入就要40-50亿美元,而建设一座产能4万片晶圆/月的工厂还要投资150亿美元,这也解释了为什么台积电此前宣布的3nm晶圆厂需要200亿美元投资的原因了。

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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